二硫化钼-碳薄膜的制备及其真空摩擦学性能研究

二硫化钼-碳薄膜的制备及其真空摩擦学性能研究二硫化钼/碳薄膜的制备及其真空摩擦学性能研究

摘要：本文以二硫化钼/碳薄膜为研究对象，通过磁控溅射法制备了一系列不同比例的二硫化钼/碳复合薄膜。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对制备的薄膜进行了表面形貌、结晶结构和薄膜的内部组成分析。通过纳米仪器公司的纳米压痕仪对这些薄膜材料进行了硬度和弹性模量测试，并利用自制的真空摩擦磨损试验仪测试了薄膜的摩擦学性能。研究结果表明，随着二硫化钼在薄膜中含量的增加，复合薄膜的硬度和弹性模量呈现出不同程度的提升，并且在高摩擦力下具有优异的耐磨性能。本研究为开发制备具有高硬度、高耐磨性的薄膜材料提供了新的思路和方法。

关键词：二硫化钼/碳薄膜；磁控溅射；纳米压痕仪；真空摩擦磨损

1.引言

二硫化钼是一种具有优异摩擦学性能的材料，具有多孔结构和超低摩擦系数的特点，广泛应用于摩擦和磨损领域。然而，由于其本身力学性能较差，容易出现剥离和疲劳破坏等问题，限制了其在实际应用中的发展。因此，将二硫化钼与其他材料复合制备复合薄膜，能够改善其力学性能，增强薄膜的耐磨性能，具有重要的意义。

2.实验方法

2.1材料制备

本实验采用磁控溅射技术在不同比例的氩气环境中制备了一系列不同比例的二硫化钼/碳复合薄膜样品。通过调节溅射功率和沉积时间，可以控制薄膜中二硫化钼的含量。

2.2材料表征

利用SEM观察了薄膜表面形貌，并使用XRD和TEM对薄膜的结晶结构和内部组成进行了分析。

2.3硬度和弹性模量测试

使用纳米压痕仪对薄膜材料进行了硬度和弹性模量测试。测试过程中，使用金刚石压头对样品进行压痕，通过测试压痕中的载荷-深度曲线，计算出薄膜的硬度和弹性模量。

2.4真空摩擦磨损测试

利用自制的真空摩擦磨损试验仪对薄膜的摩擦学性能进行了测试。测试过程中，设置一定的摩擦力和滑动速度，通过测量摩擦周期内的摩擦系数和磨损量，评价薄膜的耐磨性能。

3.结果与讨论

我们制备了一系列不同比例的二硫化钼/碳复合薄膜，并通过SEM观察了薄膜表面形貌。结果显示，随着二硫化钼含量的增加，薄膜表面的粗糙度逐渐增加。

通过XRD和TEM分析，我们确定了薄膜的结晶结构和内部组成。研究结果显示，薄膜中的二硫化钼以纳米颗粒的形式分散在碳基质中，而且随着二硫化钼含量的增加，纳米颗粒的尺寸逐渐增大。

利用纳米压痕仪对薄膜的硬度和弹性模量进行了测试。结果表明，随着二硫化钼含量的增加，复合薄膜的硬度和弹性模量呈现出不同程度的提升。

在真空摩擦磨损测试中，我们发现随着二硫化钼含量的增加，薄膜的摩擦系数逐渐降低，且在高摩擦力下具有较好的耐磨性能。

4.结论

本研究通过磁控溅射法制备了一系列不同比例的二硫化钼/碳复合薄膜，并对其力学性能和摩擦学性能进行了研究。研究结果表明，二硫化钼的添加可以提高薄膜的硬度、弹性模量和耐磨性能。这为制备具有高硬度、高耐磨性的薄膜材料提供了新的思路和方法。

然而，本研究还存在一些问题，例如复合薄膜的界面结合强度和复合薄膜的稳定性等仍需深入研究。希望能进一步完善和优化二硫化钼/碳薄膜的制备方法，拓宽其在实际应用中的应用范围通过本研究，我们成功制备了一系列不同比例的二硫化钼/碳复合薄膜，并对其力学性能和摩擦学性能进行了研究。研究结果表明，随着二硫化钼含量的增加，薄膜表面粗糙度增加，纳米颗粒尺寸增大，同时薄膜的硬度、弹性模量和耐磨性能也呈现出不同程度的提升。这为制备高硬度、高耐磨性的薄